Нержавейка сплав чего с чем

Состав нержавеющей стали – какие типы антикоррозийных сплавов существуют

Сегодня все большей популярностью пользуются легированные сплавы, особенно с добавлением хрома, который входит в состав нержавеющей стали, обладающей высокими антикоррозийными свойствами. Мы рассмотрим, какие бывают классы нержавейки.

1 Рассмотрим особенности коррозиеустойчивых сплавов

Стали с различными добавками, улучшающими физические свойства, называются легированными. К ним относятся и нержавеющая сталь, в состав которой обычно входит хром, как основной элемент, отвечающий за сопротивление коррозии. Для этой же цели используются в некоторых случаях никель, ванадий, марганец, медь и даже связанный азот. В гораздо меньшем процентном соотношении добавляются другие элементы, улучшающие качества металла: ниобий, кобальт и молибден, иногда – титан. И, конечно, не обойтись без вечных спутников железа – углерода, серы, фосфора, кремния. К слову, чем меньше их процентная доля в сплаве, тем выше качество стали.

Нержавеющий сплав образуется в том случае, если химический состав имеет включение более 13 % хрома. Если же этот элемент добавить в количестве свыше 17 % от общего соединения компонентов, то сталь будет устойчива к коррозии даже в предельно агрессивных средах. Различают 3 типа нержавейки, которые определяются физическими свойствами. Так, обычный сплав называют просто коррозиестойким, он применяется в быту, а также повсеместно на производстве, где нет необходимости высокой степени защиты металла от агрессивных сред. Второй тип – жаростойкий, у него устойчивость к коррозии сохраняется при крайне высоких температурах. И, наконец, жаропрочный, у которого, как можно понять из названия, в той же агрессивной среде остается неизменной прочность, но коррозия нержавеющей стали у марок этого типа вполне возможна.

Итак, две основные группы нержавеющих сплавов – хромистые и хромоникелевые. Та и другая включают в себя несколько структурных классов. В первую входят мартенситные и ферритные стали, а также еще одна, являющаяся промежуточной и объединяющая в себе некоторые химические показатели двух первых – это мартенситно-ферритный сплав. Во второй группе насчитывается 4 класса: аустенитные, а также переходные аустенитно-ферритные, аустенитно-мартенситные и аустенитно-карбидные. Существует также группа хромомарганцевоникелевых сталей, которые, в целом, схожи по своей структуре с хромоникелевыми. Рассмотрим более подробно все вышеуказанные типы и классы.

2 Типы нержавеющих сплавов и их свойства

Как уже было сказано, коррозийную стойкость железо приобретает при добавлении в его расплав другого металла, как правило, благородного или любого цветного. При этом, в зависимости от химического состава сплава, сталь может получить свойства одного из 3 типов нержавейки. Самый простой структурой обладают обычные коррозиестойкие марки, такие как 08X13 и 12X13. Они пластичны и могут быть использованы как в быту в виде различных изделий, так и в промышленности, там, где от деталей и узлов требуется устойчивость к ударным нагрузкам. Как ясно из маркировки, содержание хрома в этих сплавах составляет 13 %. Первые же 2 цифры – это количество углерода, исчисляющееся в сотой доле процента.

Следующие 2 типа относятся к сплавам, которые должны сохранять коррозиестойкость при воздействии высоких температур. В жаростойких сталях добавление хрома (или кремния) в количестве от 28 % и более обеспечивает снижение интенсивности окисления вплоть до полного его прекращения даже при сильном нагреве. Иными словами, окалина практически не возникает по той причине, что на поверхности уже имеется оксидная пленка. В той же степени хром может изменить структуру сплава при выработке жаропрочных марок сталей, которые обладают высокой степенью прочности под большой нагрузкой в процессе сильного и длительного нагрева.

3 Химические свойства хромистых коррозиестойких сталей

Следует отметить, что железо, которое является основой любой стали, имеет несколько состояний, совпадающих с фазами активности и покоя кристаллической решетки, которые зависят от степени коррозийной стойкости. Чем она выше, тем более пассивным считается металл. Наиболее распространенными считаются сплавы с образующейся при закалке мартенситной структурой, обладающие достаточно высокой пластичностью. Согласно химическим характеристикам, это железо в α-фазе (чистый металл), содержащее насыщенный твердый раствор углерода. К таковым относятся пищевая и быстрорежущая нержавейка, из которой изготавливают изделия для использования в быту на кухне, например, всевозможные емкости и ножи. Мартенситные стали способны выдержать контакт со слабоагрессивными химическими веществами.

Другой тип – ферритные сплавы с достаточно высоким магнитным показателем. Разница у них по большей части в форме кристаллической решетки, она имеет кубическую структуру, в отличие от тетрагональной мартенситной. В целом же это средненасыщенный твердый раствор углерода в α-железе с добавлением легирующих элементов, таких как хром. Примечательно, что такие сплавы не подвергаются изменениям при нагреве до предельно возможных температур и не теряют свои свойства. Чаще всего таким изделиям находят применение в пищевой промышленности или для изготовления инструментов. Мартенситно-ферритные сплавы имеют свойства обоих перечисленных типов, то есть они механически устойчивы, обладают высокой прочностью и имеют магнитный потенциал. Но устойчивость к окислительной среде у таких сталей не очень высока, намного ниже, чем у обычных ферритных сплавов.

4 Отличительные черты аустенитных сплавов

В первую очередь рассмотрим аустенитные структуры сталей, которые определяются, как γ-железо (высокотемпературное изменение кристаллической решетки металла) в виде твердого раствора с углеродом. Проще говоря, такие сплавы могут подвергаться межкристаллической коррозии даже при высоком содержании хрома, если не имеют включения дополнительных элементов, таких как титан или ниобий. Во избежание их обязательно подвергают термообработке. В остальном это очень пластичные, прочные и технологичные стали, содержащие, помимо хрома еще и никель, которые относят к разряду конструкционных. Также из этих сплавов изготавливают инструменты, а вот в пищевой промышленности, равно как и для изготовления кухонной утвари, марки данного класса непригодны, поскольку никель весьма аллергенный.

Межкристаллической коррозией называют внутреннее окисление металла, проходящее по границам отдельных зерен стали. По этой причине разрушение изделия остается незаметным, при сохранении характерного блеска узнать о коррозии можно только по звуку при ударах

Что примечательно, каким бы ни был химический состав аустенитных сплавов, они всегда немагнитные. Но при любой холодной деформации, например, под воздействием механических воздействий, они начинают приобретать небольшой магнитный потенциал. Это происходит по той причине, что при нарушении кристаллической решетки аустенит на некоторых участках превращается в феррит. Прочность таких сплавов достигается путем предельного уменьшения содержания углерода, впрочем, до определенного порога – не ниже 0,04 %, по причине присутствия в растворе никеля. В таких условиях легко образуются карбиды, то есть химическое соединение хрома с углеродом. Иногда в сплав добавляют связанный азот, благодаря которому возникают карбнитриды, также повышающие прочность стали. Примером может послужить марка нержавейки Х17АГ14.

Промежуточные сплавы имеют несколько иные характеристики, в частности, аустенитно-мартенситные. Они имеют более низкую коррозиестойкость, чем просто аустенитные структуры, но намного прочнее. При этом данный класс довольно тяжело поддается термообработке, вернее, воздействие на него высокими температурами связано с некоторыми сложностями. Зачастую такие сплавы со свойствами мартенситов требуют не только закалки, но также обработки холодом с последующим отпуском металла. Однако при такой технологии прочность нержавейки переходного класса повышается в несколько раз. В производстве элементов для тяжелых несущих конструкций стали, вроде марок 09X15Н8Ю или 20Х13Н4Г9, не используются, их применяют только для изготовления легких конструкций.

Особенность аустенитно-ферритных сплавов заключается в том, что они содержат сравнительно небольшое количество никеля в сравнении с другими промежуточными классами. За счет этого такие стали, как 12Х21Н5Т или 08Х22Н6Т, имеют гораздо лучшую свариваемость, швы при соединении металлопроката из них получаются очень качественные и прочные на деформацию. Обеспечивается это влиянием ферритной структуры, обеспечиваемой элементами Сr, Ti, Mo или Si. Однако следует отметить, что по той же причине, то есть из наличия ферритообразующих включений, в значительной степени ухудшается жаропрочность, равно как и пластичность. Высокой остается только механическая прочность.

В марках сталей обычно присутствуют буквы кириллицы, они тождественны латинским обозначениям, в частности Ю означает «ювенал» – алюминий, причем так он маркируется только в сталях. Другие элементы могут означаться также не по первым буквам, например кремний – С, от силициума, а марганец – Г, поскольку эта буква имеется в середине слова.

Источник

Нержавеющая сталь: состав, свойства, марки, маркировка

Высокая популярность такого материала, как нержавеющая сталь, объясняется ее уникальными характеристиками, которыми не обладают обычные углеродистые стальные сплавы. Благодаря большому разнообразию марок нержавеющих сталей, представленных на современном рынке, их можно подбирать для успешного решения технологических задач различного характера.

Внешний вид сооружений из нержавеющей стали не изменяется на протяжении всего срока эксплуатации

В чем состоит уникальность нержавеющих сталей

Нержавеющая сталь была запатентована в Англии в 1913 году. Автором данного изобретения, которое, без преувеличения, стало важнейшим этапом развития не только сталелитейной, но и других отраслей промышленности, является металлург Гарри Бреарли.

Наделить обычные стальные сплавы уникальными характеристиками и получить из них коррозионностойкие стали позволило добавление в их химический состав такого элемента, как хром.

Именно хром, которого в составе нержавеющих стальных сплавов должно быть не менее 10,5%, обеспечивает данным материалам такие характеристики, как:

Влияние легирующих элементов на свойства сталей

Нержавеющие стали в обязательном порядке содержат в своем химическом составе хром и железо. Эти элементы дополняют друг друга, что и обеспечивает данным материалам такие уникальные характеристики. В частности, хром, соединяясь с кислородом, создает на поверхности нержавеющего сплава оксидную пленку, которая и становится надежным препятствием для коррозионных процессов.

Для того чтобы наделить нержавеющую сталь дополнительными характеристиками и значительно улучшить уже имеющиеся свойства, в ее химический состав вводят легирующие добавки – никель, титан, молибден, ниобий, кобальт и др. Такое легирование позволяет создавать различные виды стальных сплавов нержавеющей категории, отличающиеся друг от друга своими характеристиками и, соответственно, назначением.

Мы уже так привыкли к коррозиооностойкой стали, что даже не замечаем, насколько наша жизнь стала комфортнее из-за присутствия в ней нержавейки

Нержавеющая сталь содержит в своем химическом составе углерод, который придает ей высокую твердость и прочность. Следует отметить, что данный химический элемент является обязательным компонентом любого стального сплава и оказывает серьезное влияние на его свойства.

Уникальные характеристики, которыми отличается нержавеющая сталь, позволяют успешно использовать данный металл в самых различных сферах, связанных с эксплуатацией изделий и оборудования в условиях повышенной влажности и постоянного воздействия на них агрессивных сред. Активно используются нержавеющие стали для производства изделий как промышленного, так и бытового назначения. В частности, именно из этого металла чаще всего делают столовые приборы и ножи, изготавливают элементы коммуникаций и ограждающих конструкций, детали оборудования и др.

Методы классификации

Характеристики, которыми обладают нержавеющие стали, определяются как химическим составом сплавов, так особенностями их внутренней структуры. В зависимости от данных параметров все стали, относящиеся к категории нержавеющих, делятся на четыре группы.

В химическом составе сталей данной группы хром содержится в объеме 20% (поэтому их и называют хромистыми). Благодаря значительному содержанию хрома изделия из таких сталей способны успешно противостоять воздействию даже очень агрессивных сред. Стальные сплавы данной группы отличаются хорошими магнитными характеристиками.

Химический состав и механические свойства сталей ферритного класса

Крупными потребителями ферритных сталей являются предприятия тяжелой и химической промышленности, из нержавеющих сплавов этого вида производят элементы отопительного оборудования, а также многое другое. Сплавы ферритной группы занимают достаточно большую долю рынка нержавеющих сталей и по уровню своей востребованности лишь незначительно уступают материалам с аустенитной внутренней структурой, но стоят значительно дешевле последних.

Это нержавеющие стали, значительная доля химического состава которых (до 33%) приходится на хром и никель. Потребители отдают предпочтение этим сплавам из-за того, что такие материалы отличаются высокой прочностью и исключительной устойчивостью к коррозии.

Химический состав и сферы применения жаропрочных аустенитных нержавеющих сталей (нажмите для увеличения)

Благодаря особенностям внутренней структуры такие сплавы отличаются самой высокой прочностью среди сталей. Кроме того, они характеризуются хорошей износоустойчивостью и минимальным количеством вредных примесей в своем составе. Именно к этой категории относится жаропрочная коррозионностойкая сталь, способная не только успешно противостоять окислительным процессам, но и эксплуатироваться в условиях постоянного воздействия высоких температур, не утрачивая при этом своих первоначальных свойств.

Содержание химических элементов в мартенситных и ферритно-мартенситных сталях (нажмите для увеличения)

Сюда относятся стали с внутренней структурой комбинированного типа: аустенитно-ферритной и аустенитно-мартенситной. Такие инновационные материалы оптимально сочетают в себе лучшие свойства всех вышеперечисленных видов нержавеющих сталей.

Химические составы коррозионностойких сталей аустенитно-мартенситного класса

Владение информацией о том, к какой из групп относится та или иная марка нержавеющей стали, позволяет оптимально подбирать сплавы для решения определенных технологических задач.

Наиболее популярные марки и сферы их применения

Чтобы правильно подобрать нержавеющую сталь для изготовления продукции определенного назначения, можно воспользоваться специальными справочниками, в которых перечислены как все марки такого материала, так их основные характеристики. Между тем в каждой из таких групп есть наиболее популярные марки, которые чаще всего и выбирает потребитель. Перечислим их.

Виды поверхностей нержавеющей стали

Как расшифровать маркировку

Маркировка нержавеющих сталей, правила формирования которой оговариваются положениями нормативных документов, несет в себе следующую информацию:

Пример расшифровки обозначения нержавеющей стали

В целом, если говорить о правилах маркировки стальных сплавов, относящихся к категории нержавеющих, они практически ничем не отличаются от тех, которые приняты для обозначения сталей любого другого типа.

Источник

Способы изготовления и виды металла нержавейка

Металл нержавейка применяется в разных сферах деятельности. Он имеет выдерживает влияние факторов окружающей среды, не выделяет вредных веществ при эксплуатации. Из этого материала изготавливают разные изделия — посуду, емкости для воды, трубы и т. д.

Пластина из нержавеющей стали

История открытия

Сегодня сложно представить мир без многочисленных изобретений. Многие из них были сделаны случайно. Так появилась и нержавеющая сталь. Первое историческое упоминание об этом металле можно найти в записях Гарри Брайрли. Этот металлург-исследователь в 1912 году взял заказ у одной из оружейных компаний на поиск эффективного способа продления срока службы ружейных стволов.

К работе практик приступил в привычном для себя стиле — он начал смешивать разные компоненты. Готовые сплавы мужчина проверял на жаропрочность, стойкость. Если показатели были низкие, заготовки отправлялись на свалку. Одна из деталей выделялась среди всех своим блеском. После детального изучения анализа, ученые выяснили, что сплав состоит из нескольких элементов:

Далеко не все исследователи отдают пальму первенства в открытии нержавеющей стаи Гарри Брайрли. Некоторые считают, что нержавейку открыл Пьер Бертье — французский горный инженер. Он обнаружил, что определенные соединения железа и хрома, которые можно найти в природе, выделяются высоким показателем кислотоустойчивости. Он первым предложил изготавливать из них посуду, столовые приборы.

Изделия из нержавеющей стали

Состав и структура

Черный металл нержавейка — сплав, в составе которого содержится не менее 13% хрома. Виды нержавеющей стали:

Чтобы сделать нержавеющую сталь устойчивой к появлению коррозии в агрессивных средах, нужно добавить в состав хром. Оптимальное количество от общей массы — 17%.

Характеристики и свойства

Характеристики нержавеющей стали:

Характеристики нержавейки зависят от компонентов ее состава. Наиболее распространенные —сера, ниобий, никель, молибден, фосфор, титан.

Ниобий (Фото: Instagram / chelmett)

Изготовление

Существует 3 метода изготовления нержавеющей стали:

Около 60% нержавеющей стали произведено с помощью электросталеплавительного метода.

Мартеновская печь (Фото: Instagram / lena__sahara)

Сферы применения

Нержавеющий металл применяется в разных сферах:

Еще одна популярная сфера деятельности, где применяется нержавеющая сталь, — строительство. Из нее изготавливают строительные материалы, инструменты.

Самолет (Фото: Instagram / npo_nauka)

Достоинства и недостатки

Некоторые виды нержавеющей стали плохо обрабатываются механическим способом.

Особенности ухода

Особых правил по уходу за нержавейкой придерживаться не нужно. Загрязнения можно протирать влажной тряпкой с моющими средствами. Важно не использовать жесткие щетки, чтобы сохранить целостность поверхностей.

Нержавеющая сталь применяется в разных сферах деятельности. Для получения сплавов с измененным свойствами они насыщаются легирующими добавками. Металл может применяться в нестандартных областях.

Источник

Нержавеющая сталь — марки, виды и характеристики

Нержавеющие (коррозионностойкие) стали – сплавы на основе железа и углерода, содержащие, помимо основных компонентов и стандартных примесей, легирующие элементы. Основной добавкой является хром (Cr), которого в коррозионностойком сплаве должно быть не менее 10,5%. В таком количестве Cr оказывает существенное влияние на диаграмму состояния «железо-углерод». Хром и никель, также в большинстве случаев присутствующие в нержавеющих сталях, повышают не только устойчивость металла к коррозии, но и другие технические характеристики.

Правила маркировки коррозионностойких сталей

Обозначение состоит из цифр и букв. Двузначное число в начале маркировки – количество углерода в сотых долях процента. Далее следуют буквы, характеризующие определенные легирующие элементы. После них ставятся цифры, равные процентному содержанию легирующих элементов, округленному до целого числа. Если процент добавки находится в пределах 1-1,5, то после буквы цифра не ставится. Для условного обозначения легирующих компонентов в российской нормативной документации используется русский алфавит:

Группы коррозионностойких сталей по структуре

Структура коррозионностойких сталей, их свойства и области применения определяются процентным содержанием углерода, перечнем и количеством легирующих добавок. По структуре нержавейка делится на несколько типов. Основные: ферритная, мартенситная, аустенитная. Существуют промежуточные варианты.

Ферритная

Эта группа относится к малоуглеродистым сплавам – C до 0,15%. Содержание хрома – до 30%. Объемнокристаллическая структура обеспечивает сочетание достаточно высокой прочности и пластичности. Нержавеющие стали ферритных марок относятся к ферромагнитным.

Основная причина потери рабочих характеристик сталями ферритного класса – межкристаллитная коррозия (МКК), в результате которой разрушение происходит по границам зерен. Для устранения этого негативного явления избегают резкого охлаждения металла от +800°C, проводят стабилизирующий отжиг, находят оптимальный баланс между содержанием углерода и хрома. Полностью устранить склонность к МКК позволяет введение карбидообразующих элементов – титана и ниобия.

По стандарту AISI ферритные стали относятся к серии 400:

Эти материалы используются при производстве широкого сортамента труб, листов, профилей.

Таблица марок нержавеющих сталей ферритного класса по ГОСТу и AISI, основные сферы использования

Мартенситная

К этой группе относятся металлы с содержанием хрома до 17%, углерода – до 0,5% (в отдельных случаях – выше). Мартенсит – структура, получаемая путем закалки заготовки с последующим отпуском. Для нее характерно сочетание высокой твердости, прочности, упругости и устойчивости к коррозии. Сплавы используются при производстве ответственной металлопродукции, предназначенной для работы в агрессивных средах. Это пружины, валы, ножи, фланцы. При повышении содержания C в структуре появляется карбидная фаза, обеспечивающая высокую твердость и износостойкость. Проведение низкого отпуска после закалки (+200…+300°C) обеспечивает высокую твердость – 50-52 HRC, высокого (+500…+600°С) – меньшую твердость (28-30HRC) и большую вязкость. Закалка производится при температурах +950…+1050°C.

Таблица марок мартенситных сталей по ГОСТу и AISI, их основные области применения

Аустенитный класс

Этот обширный класс коррозионностойких сталей (по AISI – класс 300 и представитель класса 200 – AISI 201) обладает высокой устойчивостью к коррозии, пластичностью в холодном и горячем состоянии, прочностью, хорошей свариваемостью, способностью контактировать без разрушения с азотной кислотой. Немагнитность существенно расширяет области применения материала. Экономически выгодным является сочетание 18% Cr и 8% Ni. При необходимости получения стабильного состояния аустенита количество никеля повышают до 9%. Такие стали бывают нестабилизированными и стабилизированными. Стабилизированная группа легируется титаном и ниобием, снижающими склонность аустенитных марок к межкристаллитной коррозии.

Закалка осуществляется при температурах +1050…+1100°C с быстрым охлаждением, которое закрепляет состояние пресыщенного твердого раствора. Особенность этой группы – отсутствие упрочнения при закалке. В данном случае этот вид ТО является смягчающей операцией, направленной на снятие последствий наклепа. С этой же целью может применяться отжиг. Закалке подвергают мелкие детали, отжигу – массивные.

Таблица марок аустенитных сталей по ГОСТу и AISI, их основные области применения

Краткие характеристики некоторых видов аустенитных нержавеющих сталей:

Источник